交通建筑中大跨度结构形式与使用者体验研究

许靖芳

(上海闵航投资建设有限公司，上海 201199)

建筑结构形式与功能体验的关系并不十分引人注意。交通建筑，尤其以火车站、机场等建筑为代表，由于大量人流的集散功能，以及站台、航站楼等建筑的特殊功能需求，往往大量使用大跨度的结构形式。这种从功能与技术角度产生的建筑形式经历了很长的发展周期。本文试图通过对交通建筑中大跨度结构形式应用历史的追溯以及当前国内一些案例的分析，寻找其发展的脉络以及对于使用者的心理影响。

1 大跨度结构形式与交通建筑的早期结合

18世纪下半叶蒸汽机技术及铸铁技术的逐渐成熟，推动了铸铁在桥梁等工程建筑中的应用。在车站建筑方面，建筑师开始在车站站台部分，使用大跨度的顶棚。位于伦敦的圣潘克拉斯火车站就是这一时期车站建筑的典型代表。车站大厅及候车室与站台风格迥异，站厅空间与站台截然脱开，仅有空间上的衔接关系。

2 混凝土大跨度建筑以及国内实际案例

20世纪30年代以后，由于混凝土和钢筋强度的增加以及新材料的应用，大跨度建筑有了进一步的发展，比如意大利建筑师及结构设计师奈尔维于1957年使用钢筋混凝土薄壳顶设计的罗马小体育馆等。在展示馆、体育场等混凝土大跨度建筑中，结构形式可以是显露和外化的，基本上直观的体现了结构形式与空间形式的统一。国内也有类似的案例，比如设计建设于20世纪60年代的同济大学大礼堂。但是在交通建筑中，虽然同样是由混凝土大跨度结构完成，但是结构体系被较为复杂的空间流线和分割隐藏，较少使用薄壳体大跨度结构，而以使用梁柱结构为主。随着逐步的改扩建，结构体系被隐藏在吊顶等装饰件内。比较典型的案例是北京火车站和虹桥机场一号航站楼。

3 钢结构大跨度交通建筑以及国内实际案例

自20世纪80年代以来，新建大型交通建筑更多的使用了钢桁架结构的大跨度结构形式。典型的例子是1988年开始建设的日本关西国际机场、1992年开始建设的我国香港新国际机场等。

关西国际机场是意大利建筑师皮亚诺设计的。主体建筑采用了跨度达80 m的轻钢桁架，候机楼建筑长度更是达到了1.5 km，候机楼和登机口与大跨度结构平行延展布置。在这些类建筑中，结构体系不仅是实现空间布局的一种方式，也成为空间表现力的一大来源，甚至成为了建筑设计的最重要主题之一。国内的典型代表是上海南站及浦东机场。

4 国内大跨度交通建筑的初步分类与空间体验比较框架

上文提到的北京站、虹桥机场(老航站楼)、上海南站及浦东机场，基本情况见表1。

表1 大跨度交通建筑国内案例基本情况表

以上案例按照设计建设时期、建筑的结构形式及空间特点，很明显可以分为两类，可参见表2。

表2 大跨度交通建筑国内案例分类表

5 两型大跨度交通建筑对于旅客情绪的影响分析

在这里，将旅客的情绪用两个指标来反映，即为:旅行者对自己的交通流程的掌控程度;交通建筑室内环境的舒适度。

5.1 旅行者对自己的交通流程的掌控——视野的通透性

在A型交通建筑中，完成乘坐交通工具的流程是在递进的空间中进行的。这样的布置产生的结果是:旅客只能看到当前流程的室内场景，而无法对自己身处流程中的哪一阶段(或者说，已完成的流程的比例)做出预期。因为递进的空间无法显示其相互关系。这种情形造成了使用者的焦虑。

B型建筑将整个流程都覆盖在同一个大跨结构下。虽然这种设计思路中，旅客的基本流线仍然是被限定的，但是由于大跨度结构形成了“室外化”的空间感，使用者在掌控流程和环境感受方面都体会到了进步。

以上的区别来自于结构尺度与平面布局形式的巨大差异。在A型建筑中，功能的布局与功能流线高度契合，“房间”是基本空间单元，构成单元的最重要空间构件是墙体;而在B型建筑内，功能空间之间的界限被模糊。在体验上，B型建筑的透明性与视野广度，要远远好于A型建筑。

5.2 旅行者对自己的交通流程的掌控——结构与交通流程的统一性

巨大的结构自身的条理性，与其覆盖的空间有着直接关系。比如上海南站站屋屋盖采用了辐射式的承重结构，由18个主梁单元构成(陈雷，2010)。这种结构同样确立了具有导向性的空间系统。这个圆形的屋盖结构喻示着整个流程沿着钢结构的主梁方向展开，各个扇区的功能单元一致。这一点从站厅层平面布置中得到了证实。也就是说，像上海南站这样圆形的建筑，仍然可以用结构来表现出功能的并列与递进。

相对而言，A型大跨度建筑也有着与交通流程相对应的屋盖形式。例如很多A型机场的办票大厅采用大跨度钢结构，而安检部分则采用了开间较小的梁柱结构，候机厅又采用开间较大的梁柱结构。但是，由于旅客无法在同一地点同时看到这些结构，使得它们仅仅具有提示使用者当前所在功能区域的作用，而使他们失去了对整个流程的把握。再者，如前文所提到A型大跨度建筑中广泛采用的室内二次装修使得外部形象、结构与内部空间之间形成了断裂，削弱了结构体系对使用者的引导作用。

5.3 交通建筑室内环境的舒适度——室内外空间的互动

在人流快速行进的大型公共交通建筑中，运用了与玻璃顶购物廊道相似的原理。从A型发展到B型，其结构下覆盖了更高大更宽敞的空间，也造成了这一部分“室外化”“自然化”的结果。

其手段主要有:

1)自然采光，B型大跨度结构使得建筑引入更多的自然光。相比于其他建筑因洞口大小和方位而只能在特定的时间接受日光，巨型大跨度结构的建筑引入的自然光线几乎可以反映全天的日光变化。

2)小型建筑的尺度的提示。绝大部分功能区域被大跨度结构覆盖后，一些具有较多私密性要求的功能区域就以小建筑的形式出现在大空间中。例如，售票处、办公室、卫生间、食品店、电梯等。这些小建筑的尺度和构造方式是近人的。它们与整个大跨度结构的超人尺度对比，增强了交通建筑内部的室外感。

3)室外材料的使用。在室内使用室外建筑材料及装修方式，是产生“室外感”的常用手段。很多商场中庭也会采用这种方法。在上海南站和浦东机场，我们可以看到石材贴面、砖材贴面等材料。这些材料在突出“室外感”的同时，也增强了空间的公共性。

4)植栽。植物对于环境的优化作用是显而易见的。但是在火车站候车室中使用大型乔木作为装饰，并不多见。在上海南站，我们可以看到这样的情景。当然，大型乔木与大跨度空间结合起来，表达了自然化的倾向。如果将大型乔木放置在只有人工照明的拥挤的候车厅，则会显得格格不入。

6 结语

从以上的分析中可以发现B型交通建筑在使用体验上对于较为传统的A型的巨大优势。这也是随着使用者对于建筑体验的要求不断提高的结果。但是需要强调的是，这并不意味着A型建筑就没有可取之处。恰恰相反，B型建筑的优越空间体验，也带来了占地、造价、能耗等多方面的负面问题与代价。建筑师在进行结构形式选择的时候，不仅需要考虑空间体验，而要根据具体的使用需求与建设预算，选择最恰当、得体的结构形式。并且即使是使用A型结构，也可以通过相应的空间手法，获得B型建筑相类似的空间体验。

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